3 موضوع کلی که رایانه های کوانتومی به نفع جامعه عمل می کنند

مکانیک کوانتومی به ما این امکان را داده است که جزئیات همه چیز را از فرآیندهای متابولیکی در جریان خون خود گرفته تا باتری های برقی که از اتومبیل ها و رایانه های خود استفاده می کنند ، و برای اکتشافات از لیزرها گرفته تا نیمه هادی ها درک کنیم.

مکانیک کوانتومی شیوه درک دنیای طبیعی را تغییر داد ، اما با این وجود تا سال ۱۹۸۱ فیزیکدان مشهور ریچارد فاینمن مشاهده کرد که از آنجا که جهان کوانتومی است ، اگر واقعاً می خواستیم یک کامپیوتر برای شبیه سازی کارآمد همه دنیای طبیعی باشد ، بشریت احتمالاً مجبور است یک کامپیوتر کوانتومی بسازد.

بیش از بیش از یک دهه از پیشرفت های علمی ، گوگل پیشرفت قابل توجهی در جهت دید ما در ساخت رایانه های کوانتومی در مقیاس بزرگ و اصلاح شده در مقیاس بزرگ داشته است که می تواند مشکلات غیرممکن را برطرف کند. در جشن روز جهانی کوانتومی ، بیایید سه حوزه را کشف کنیم که رایانه های کوانتومی می توانند زندگی را بهبود بخشند.

۱. داروی بهتر

محققان هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری در مورد سیستم های بیولوژیکی پیچیده بدن انسان دارند ، و رایانه های کوانتومی ممکن است به ما کمک کنند تا درک عمیق تری داشته باشیم – مانند کمک به درک سیستم های کلیدی مربوط به طراحی مواد مخدر و متابولیسم ما. با محاسبه چگونگی تعامل برخی از داوطلبان دارویی با اهداف و سایر مولکول های بیولوژیکی ، رایانه های کوانتومی ممکن است به ما در طراحی درمان های مؤثرتر و پیشبرد دارو کمک کنند. به عنوان نمونه ، با همکاری شرکت داروسازی Boehringer Ingelheim ، ما نشان داده ایم که رایانه های کوانتومی قادر به شبیه سازی ساختار کلیدی سیتوکروم P450 ، آنزیمی است که در انسان یافت می شود و دقت بیشتری در زمان کمتری نسبت به رایانه های کلاسیک دارد. سیتوکروم P450 یک آنزیم مهم برای تعیین اثربخشی دارو است ، زیرا داروهای موجود در جریان خون ما را تجزیه می کند.

۲. باتری های بهتر

نیاز جهان به انرژی – و توانایی ذخیره آن – هر سال در حال رشد است. ما در حال بررسی نحوه دسترسی رایانه های کوانتومی برای کمک به طراحی مواد جدید هستیم. به عنوان مثال ، ما با همکاری شرکت شیمیایی BASF بررسی کرده ایم که رایانه های کوانتومی قادر به شبیه سازی دقیق اکسید لیتیوم نیکل (LNO) هستند ، ماده ای که در باتری ها استفاده می شود. LNO تولید صنعتی دشوار است و جنبه های شیمی آن به خوبی درک نشده است ، اما یک اثر محیطی کوچکتر از اکسید کبالت که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد ، ارائه می دهد ، و ما حتی گزینه های دیگری را برای استفاده از کبالت در باتری ها بررسی کرده ایم. شبیه سازی رفتار مکانیکی کوانتومی LNO می تواند روند تولید صنعتی را بهبود بخشد و در نهایت به ما در ساخت باتری های بهتر کمک کند.

۳ منابع جدید انرژی

Fusion Energy ، منبع تغذیه ستارگان ، نوید انرژی تمیز و فراوان را ارائه می دهد – اما هنوز در مقیاس تحقق نیافته است. طراحی راکتورهای لازم برای درک مواد در شرایط فیوژن شدید به مدلهای محاسباتی متکی است. با این حال ، مدل های فعلی فاقد دقت هستند ، که اغلب در مطابقت با نتایج در دنیای واقعی ناکام هستند و میلیاردها ساعت CPU را تقاضا می کنند. محققان ما با همکاری آزمایشگاه های ملی Sandia ، نشان دادند که یک الگوریتم کوانتومی که بر روی یک رایانه کوانتومی تحمل گسل اجرا می شود ، می تواند به طور مؤثر مکانیسم های مورد نیاز برای واکنش های پایدار فیوژن را شبیه سازی کند ، که در نهایت می تواند به واقعیت تبدیل شود.

این نوع پیشرفت در پزشکی و انرژی یک جهش بزرگ خواهد بود ، اما با این وجود ممکن است سطح آنچه را که می تواند با محاسبات کوانتومی امکان پذیر باشد ، خراش دهد. با توجه به پیچیدگی این فناوری ، می تواند مشکلاتی را حل کند که ما حتی نمی دانیم چگونه می خواهیم بپرسیم. اما تحقق پتانسیل کامل محاسبات کوانتومی نیاز به پیشرفت در کل پشته ها ، از جمله ساخت و مقیاس بندی بهتر است. بهبود تصحیح خطای کوانتومی ؛ توسعه الگوریتم های کوانتومی جدید و استفاده از آنها در دنیای واقعی. هیچ کس نمی تواند این کار را به تنهایی انجام دهد ، بنابراین ما به همکاری با شرکا در آکادمی ، صنعت و بخش دولتی برای ایجاد پیشرفته ترین سیستم محاسبات کوانتومی در جهان ادامه خواهیم داد.